DE19531372A1 - Smart card - Google Patents

Smart card

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DE19531372A1
DE19531372A1 DE19531372A DE19531372A DE19531372A1 DE 19531372 A1 DE19531372 A1 DE 19531372A1 DE 19531372 A DE19531372 A DE 19531372A DE 19531372 A DE19531372 A DE 19531372A DE 19531372 A1 DE19531372 A1 DE 19531372A1
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DE
Germany
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memory
contacts
chip
microprocessor
supply voltage
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Ceased
Application number
DE19531372A
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German (de)
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Robert Reiner
Heiko Fibranz
Dominik Berger
Gerhard Schraud
Joachim Weitzel
Wolfgang Eber
Walter Strubel
Gerald Holweg
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Mikron AG fuer Integrierte Mikroelektronik
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Abstract

The invention concerns a chip card having a semiconductor chip comprising at least one memory (1), contacts (20) being provided for the chip power supply and for bidirectional data transmission from and to the chip and means being provided for contactless data transmission (2). Disposed on the chip is a controllable switching device (9) which connects the memory (1) to the contacts (20) or to the means for contactless data transmission (2) in dependence on the state of the output signal from a logic circuit (8) connected at least to the voltage-supply contact (21). The chip card is characterized in that the switching device (9) adopts a rest position when it is not controlled and in this rest position connects the memory (1) to the means for contactless data transmission (2) and, under the control of the logic circuit (8), connects the contacts (20) to the memory (1) only when there is a voltage (VDD) at the voltage-supply contact (21).

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte mit einem zumindest einen Speicher enthaltenden Halbleiterchip, bei der zur Ener­ gieversorgung des Chips und zur bidirektionalen Datenübertra­ gung von und zum Chip sowohl Kontakte als auch Mittel zur kontaktlosen Datenübertragung vorgesehen sind, wobei auf dem Chip ein ansteuerbares Schaltmittel vorgesehen ist, das den Speicher in Abhängigkeit vom Zustand des Ausgangssignals ei­ ner mit zumindest dem Spannungsversorgungskontakt verbundenen logischen Schaltung mit den Kontakten oder mit Mitteln zur kontaktlosen Datenübertragung verbindet.The invention relates to a chip card with at least one a semiconductor chip containing memory, in which the Ener Power supply for the chip and for bidirectional data transfer supply to and from the chip, both contacts and means for contactless data transmission are provided, wherein on the Chip controllable switching means is provided, which Memory depending on the state of the output signal ei ner connected to at least the power supply contact logical circuit with the contacts or with means for connects contactless data transmission.

Eine solche Chipkarte ist bereits aus der EP 0 424 726 A1 bekannt. Dort ist die logische Schaltung mit einem Komparator gebildet, dessen einer Eingang mit dem Versorgungsspannungs­ kontakt verbunden ist. Der andere Eingang des Komparators ist über ein Gleichrichter- und Glättungsnetzwerk mit Spulen zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung verbunden. Der Ausgang des Komparators steuert abhängig von den an seinen beiden Eingängen anliegenden Spannungen einen Multiplexer an, der abhängig vom Zustand des Ausgangssignals des Komparators entweder die Versorgungsspannung und die Signale von den Kon­ takten oder die Versorgungsspannung und Signale, die aus dem von den Spulen empfangenen Signal abgeleitet wurden zu einem ebenfalls mit dem Multiplexer verbundenen Mikroprozessor mit zugehörigem Speicher durchschaltet.Such a chip card is already known from EP 0 424 726 A1 known. There is the logic circuit with a comparator formed, whose one input with the supply voltage contact is connected. The other input of the comparator is via a rectifier and smoothing network with coils for contactless energy and data transmission connected. Of the Output of the comparator controls depending on the on its a voltage at both inputs, a multiplexer, which depends on the state of the output signal of the comparator either the supply voltage and the signals from the con clock or the supply voltage and signals coming from the received from the coils were derived into a signal microprocessor also connected to the multiplexer through the associated memory.

Bei der bekannten Chipkarte ist also eine selbsttätige Um­ schaltung entweder auf die Kontakte oder auf die Spulen mög­ lich, je nachdem, woher die Chipkarte eine Versorgungsspan­ nung erhält. Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, daß der Speicher immer mit der Eingangs/Ausgangsschnittstelle verbunden wird, die die höhere Versorgungsspannung liefert. Dadurch könnte, selbst wenn die Chipkarte in einem kontaktbehafteten Lesegerät steckt, durch Anlegen eines starken elektromagnetischen Feldes der Multiplexer umgeschaltet werden und somit ein Mißbrauch ermöglicht sein. Dies ist vor allem deshalb problematisch, weil bei solchen kombinierten Karten, bei denen Energie- und Datenübertragung sowohl über Kontakte als auch kontaktlos über Spulen erfolgen kann und die als Debitkarten eingesetzt werden, eine Entwertung der Karte normalerweise über den kontaktlosen Übertragungsweg erfolgt, während eine Aufwertung der Karte über den kontaktbehafteten Übertragungsweg erfolgt. Hierin besteht ein Anreiz für Betrüger, die Karte zu manipulieren, während sie zur Aufladung in einem kontaktbehafteten Lesegerät steckt.In the known chip card is an automatic order switching either to the contacts or to the coils Lich, depending on where the chip card from a supply chip receives. The disadvantage of this solution, however, is that the Memory always with the input / output interface is connected, which supplies the higher supply voltage. This could, even if the chip card in one  contact reader is inserted by creating a strong electromagnetic field of the multiplexers be switched over and thus misuse is possible. This is particularly problematic because of such combined cards involving energy and data transmission both via contacts and contactlessly via coils can and which are used as debit cards, a Validation of the card usually via the contactless Transmission path takes place while upgrading the card via the contact-based transmission path. Here in there is an incentive for fraudsters to manipulate the card, while charging for charging in a contact Reader is inserted.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist es somit, eine gat­ tungsgemäße Chipkarte derart weiterzubilden, daß ein solcher Mißbrauch nicht möglich ist.The object of the present invention is thus a gat chip card in such a way that such Abuse is not possible.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Chipkarte dadurch gelöst, daß das Schaltmittel eine Ruhestellung einnimmt, wenn es nicht angesteuert ist und in dieser Ruhestellung den Spei­ cher mit den Mitteln zur kontaktlosen Datenübertragung ver­ bindet und nur bei Anliegen einer Spannung am Versorgungs­ spannungskontakt, angesteuert von der logischen Schaltung, die Kontakte mit dem Speicher verbindet.The task is thereby with a generic chip card solved that the switching means assumes a rest position when it is not controlled and in this rest position the Spei ver with the means for contactless data transmission binds and only when a voltage is applied to the supply voltage contact, controlled by the logic circuit, connects the contacts to the memory.

Bei der erfindungsgemäßen Chipkarte gibt es also zu jeder Zeit eine eindeutige Schaltung auf Kontakt- bzw. Kontaktlos­ betrieb. Damit sind Störungen durch gleichzeitige Versorgung über ein elektromagnetisches Feld bei Kontaktbetrieb ausge­ schlossen. Ein weiterer Zuwachs an Sicherheit ist dadurch gegeben, daß es nicht möglich ist, den Zugang zu einem Spei­ cherbereich über Kontakte zu erlangen und dann mit kontaktlo­ sem Betrieb Operationen durchzuführen, die normalerweise bei kontaktlosem Betrieb nicht möglich wären. Es gibt kein Um­ schaltsignal, um vom Kontaktbetrieb wieder in den Kontaktlos­ betrieb zu gelangen. Dies ist nur durch das Abschalten der Versorgungsspannung an den Kontakten möglich.With the chip card according to the invention, there is therefore everyone Time a clear switching to contact or contactless business. So there are disturbances due to simultaneous supply via an electromagnetic field during contact operation closed. This is a further increase in security given that it is not possible to access a Spei to reach the area via contacts and then with contactless operations that are normally performed at contactless operation would not be possible. There is no order switching signal to switch from contact operation back to contactless  operation. This is only by turning off the Supply voltage at the contacts possible.

Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit vor Mißbrauch wird bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die logische Schaltung auch mit dem Taktsignalkontakt verbunden. Die logi­ sche Schaltung ist dabei derart ausgebildet, daß sie die Schaltmittel nur ansteuert, wenn sowohl eine Versorgungsspan­ nung als auch ein Taktsignal an den Kontakten anliegt.To further increase security against abuse, an advantageous development of the invention, the logical Circuit also connected to the clock signal contact. The logi cal circuit is designed such that it Switching means only activated if both a supply voltage voltage as well as a clock signal is present at the contacts.

In besonders vorteilhafter Weise wird für die logische Schal­ tung ein Mikroprozessor verwendet. Dadurch können weitere Sicherheitsfunktionen eingeführt werden.In a particularly advantageous way for the logical scarf device uses a microprocessor. This allows more Security functions are introduced.

Besonders vorteilhaft ist es, zusätzlich zur Versorgungsspan­ nung und einem Taktsignal auch noch ein Datensignal zu dem Mikroprozessor zu übertragen, so daß dieser den Schalter erst dann aus der Ruhestellung umschaltet, wenn diese drei Bedin­ gungen gleichzeitig erfüllt sind. Das Datensignal kann hier­ bei beispielsweise ein Befehl sein, der den Mikroprozessor veranlaßt, den Schalter umzuschalten. Es kann aber auch eine persönliche Identifikationsnummer, eine sogenannte PIN sein, die im Mikroprozessor mit einer dort gespeicherten Zahl ver­ glichen wird. Ein Umschalten des Schalters ist dann erst mög­ lich, wenn ein positiver Vergleich stattgefunden hat. Durch die Verwendung eines Mikroprozessors sind natürlich auch an­ dere Authentifizierungsmöglichkeiten denkbar.It is particularly advantageous in addition to the supply chip a clock signal and a data signal to the To transmit microprocessor, so that the switch first then switches from the rest position when these three conditions conditions are fulfilled at the same time. The data signal can be here for example, a command that the microprocessor causes the switch to toggle. But it can also be one personal identification number, a so-called PIN, ver in the microprocessor with a number stored there is compared. It is only possible to switch the switch if a positive comparison has taken place. By the use of a microprocessor are of course also on authentication options conceivable.

Eine besonders hohe Sicherheit ist gegeben, wenn der Speicher nur über den Mikroprozessor mit den Kontakten verbindbar ist.A particularly high level of security is given when the memory can only be connected to the contacts via the microprocessor.

Eine weitere Erhöhung der Sicherheit erfolgt dadurch, daß der Speicher nur über einen von der logischen Schaltung ansteuer­ baren Schalter mit dem Versorgungsspannungskontakt verbindbar ist. A further increase in security takes place in that the Only control memory via one of the logic circuits The switch can be connected to the supply voltage contact is.  

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert werden.The invention is described below with reference to an embodiment be explained in more detail with the help of a figure.

Bei der in der Figur dargestellten Prinzipschaltung ist ein Speicher 1 mit einer Spule 2 verbunden. Von der Spule 2 wird über eine erste Leitung 6 das empfangene hochfrequente Signal einer Verarbeitungsschaltung 7 zugeführt, die daraus den Takt und die Daten gewinnt und dem Speicher 1 über ein Schaltmit­ tel 9 zuführt. Das Schaltmittel 9 nimmt eine Ruhestellung ein, in der der Schalter 91 des Schaltmittels 9 den Speicher 1 ständig über die Verarbeitungsschaltung 7 mit der Spule 2 verbindet.In the basic circuit shown in the figure, a memory 1 is connected to a coil 2 . From the coil 2 , the received high-frequency signal is fed to a processing circuit 7 via a first line 6 , which gains the clock and the data therefrom and supplies the memory 1 via a switching means 9 . The switching means 9 assumes a rest position, in which the switch 91 of the switching means 9 continuously connects the memory 1 to the coil 2 via the processing circuit 7 .

Von der Spule 2 wird mittels einer Gleichrichter- und Glät­ tungsschaltung 3 sowie einer Regelschaltung 4 eine Versor­ gungsspannung abgeleitet, die über eine Leitung 5 sowohl an die Verarbeitungsschaltung 7 als auch an den Speicher 1 ange­ legt ist.From the coil 2 , a supply voltage is derived by means of a rectifier and smoothing circuit 3 and a control circuit 4 , which is connected via a line 5 to both the processing circuit 7 and the memory 1 .

Ein Steuerteil 92 des Schaltmittels 9 kann von einer logi­ schen Schaltung 8, die in vorteilhafter Weise durch einen Mi­ kroprozessor gebildet ist, angesteuert werden, so daß der Schalter 91 den Speicher 1 über den Mikroprozessor 8 mit Kon­ takten 20 verbindet. Diese Umschaltung kann jedoch nur erfol­ gen, wenn eine Versorgungsspannung VDD an einem Versorgungs­ spannungskontakt 21 der Kontakte 20 anliegt und den Mikropro­ zessor 8 versorgt.A control part 92 of the switching means 9 can be controlled by a logic circuit 8 , which is advantageously formed by a microprocessor, so that the switch 91 connects the memory 1 via the microprocessor 8 to contacts 20 . However, this switchover can only take place if a supply voltage VDD is present at a supply voltage contact 21 of the contacts 20 and supplies the microprocessor 8 .

Das Schaltmittel 9 kann nur vom Mikroprozessor 8 angesteuert werden, so daß es nicht möglich ist, durch Signale an der Spule 2, den Schalter 91 wieder in seine Ruhestellung zu bringen, so daß der Speicher 1 wieder mit der Spule 2 verbun­ den ist. Dies ist nur möglich, wenn keine Versorgungsspannung VDD mehr am Mikroprozessor 8 anliegt.The switching means 9 can only be controlled by the microprocessor 8 , so that it is not possible to bring the switch 91 back into its rest position by signals on the coil 2 , so that the memory 1 is connected to the coil 2 again. This is only possible if there is no more supply voltage VDD at the microprocessor 8 .

Der Mikroprozessor 8 kann derart ausgebildet sein, daß eine Ansteuerung des Schaltmittels 9 nur dann erfolgt, wenn außer der Versorgungsspannung VDD an einem Taktsignalkontakt 23 ein Taktsignal anliegt.The microprocessor 8 can be designed in such a way that the switching means 9 is only activated if, in addition to the supply voltage VDD, a clock signal is present at a clock signal contact 23 .

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung gibt der Mikroprozessor 8 erst dann ein Steuersignal an das Schaltmittel 9, wenn vorher ein Datensignal über einen Daten­ kontakt 22 übertragen wurde. Durch diese Maßnahme kann dafür gesorgt werden, daß ein Verändern der im Speicher 1 abgespei­ cherten Daten über den Mikroprozessor 8 erst möglich ist, nachdem ein spezielles Datensignal über den Datenkontakt 22 zum Mikroprozessor 8 übertragen wurde.In a further advantageous embodiment of the invention, the microprocessor 8 only gives a control signal to the switching means 9 when a data signal has previously been transmitted via a data contact 22 . This measure can ensure that changing the data stored in the memory 1 via the microprocessor 8 is only possible after a special data signal has been transmitted via the data contact 22 to the microprocessor 8 .

Es ist weiterhin ein Schalter 10 vorgesehen, der die am Ver­ sorgungsspannungskontakt 21 anliegende Versorgungsspannung VDD erst dann an den Speicher anlegt, wenn er durch ein ent­ sprechendes Signal vom Mikroprozessor 8 angesteuert wurde. Dieses Steuersignal kann natürlich gleich dem Steuersignal für den Steuerteil 92 des Schaltmittels 9 sein.There is also a switch 10 which only applies the supply voltage contact VDD to the supply voltage contact 21 to the memory when it has been triggered by a corresponding signal from the microprocessor 8 . This control signal can of course be the same as the control signal for the control part 92 of the switching means 9 .

Dieses Steuersignal kann noch zu anderen Zwecken verwendet werden: die Regeleinrichtung 4 soll verhindern, daß die Ver­ sorgungsspannung für den Speicher 1 und die Verarbeitungs­ schaltung 7 zu hoch wird, was geschehen kann, wenn die Karte zu nahe an eine Sendespule kommt. Der Spannungsbegrenzer in dieser Regelschaltung hat einen gewissen Streubereich, zum Beispiel von 4,5 bis 5,5 V. Falls ein bestimmter Spannungsbe­ grenzer bei 4,5 V liegt und die Karte in einem Kontaktlesege­ rät betrieben wird, kann es geschehen, daß eine Versorgungs­ spannung über den Versorgungsspannungskontakt 21 eingeprägt wird, die größer als diese 4,5 V ist, wodurch der Spannungs­ regler thermisch gefährdet ist. Mit dem Steuersignal kann der Spannungsbegrenzer um- bzw. abgeschaltet werden.This control signal can also be used for other purposes: the control device 4 is intended to prevent the supply voltage for the memory 1 and the processing circuit 7 from becoming too high, which can happen if the card comes too close to a transmitter coil. The voltage limiter in this control circuit has a certain range, for example from 4.5 to 5.5 V. If a certain voltage limiter is 4.5 V and the card is operated in a contact reader, it can happen that a supply Voltage is impressed via the supply voltage contact 21 , which is greater than this 4.5 V, whereby the voltage regulator is thermally endangered. The voltage limiter can be switched over or off with the control signal.

Der Schalter 10 dient zwar einerseits dazu, den Speicher 1 bei Kontaktbetrieb erst nach einem Steuersignal von dem Mi­ kroprozessor 8 an die Versorgungsspannung VDD anzuschließen, er sorgt andererseits aber auch dafür, daß die Versorgungs­ spannung, die bei kontaktlosem Betrieb über die Leitung 5 von der Spule 2 an den Speicher 1 und die Verarbeitungsschaltung 7 angelegt wird, nicht zum Mikroprozessor 8 gelangt. Dies hat einerseits den Vorteil, daß der Mikroprozessor 8 nicht über die Spule 2 betrieben werden kann, es hat aber auch den wei­ teren Vorteil, daß bei kontaktlosem Betrieb ein geringer Energieverbrauch gewährleistet ist. Es kann jedoch durchaus wünschenswert sein, in der Versorgungsspannungsleitung auf dem integrierten Halbleiterchip keinen Schalter zu benötigen, da dieser immer einen Spannungsabfall und damit eine Ein­ schränkung des Versorgungsspannungsbereich bedeutet. So wäre es-auch denkbar, den Ausgang des Gleichrichters 3 bzw. der Regelschaltung 4 über die Leitung 5 mit dem Versorgungsspan­ nungskontakt 21 zu verbinden. Da die Stromaufnahme einer Schaltung oft von der Taktfrequenz abhängt, kann man dann da­ durch Strom sparen, daß nicht benötigte Teile nicht getaktet werden. Bei kontaktlosem Betrieb liegt kein Taktsignal an den Kontakten an, so daß der Schaltungsteil für den Kontaktbe­ trieb, insbesondere der Mikroprozessor 8 an Versorgungsspan­ nung liegen kann, ohne wesentlich Strom zu verbrauchen.The switch 10 serves on the one hand to connect the memory 1 in contact mode only after a control signal from the microprocessor 8 to the supply voltage VDD, but on the other hand it also ensures that the supply voltage, which is in contactless operation via line 5 of the Coil 2 is applied to the memory 1 and the processing circuit 7 , does not reach the microprocessor 8 . On the one hand, this has the advantage that the microprocessor 8 cannot be operated via the coil 2 , but it also has the further advantage that a low energy consumption is ensured in contactless operation. However, it may be desirable not to need a switch in the supply voltage line on the integrated semiconductor chip, since this always means a voltage drop and thus a restriction of the supply voltage range. It would also be conceivable to connect the output of the rectifier 3 or the control circuit 4 via the line 5 to the supply voltage voltage contact 21 . Since the current consumption of a circuit often depends on the clock frequency, you can save money by not having to cycle parts that are not required. In contactless operation, there is no clock signal at the contacts, so that the circuit part for the contact, in particular the microprocessor 8 , can be connected to the supply voltage without consuming a significant amount of current.

Claims (6)

1. Chipkarte mit einem zumindest einen Speicher (1) enthal­ tenden Halbleiterchip,
bei der zur Energieversorgung des Chips und zur bidirektiona­ len Datenübertragung von und zum Chip sowohl Kontakte (20) als auch Mittel zur kontaktlosen Datenübertragung (2) vorge­ sehen sind,
wobei auf dem Chip ein ansteuerbares Schaltmittel (9) vorge­ sehen ist, das den Speicher (1) in Abhängigkeit vom Zustand des Ausgangssignals einer mit zumindest dem Spannungsversor­ gungs-Kontakt (21) verbundenen logischen Schaltung (8) mit den Kontakten (20) oder mit den Mitteln zur kontaktlosen Datenübertragung (2) verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltmittel (9) eine Ruhestellung einnimmt, wenn es nicht angesteuert ist und in dieser Ruhestellung den Speicher (1) mit den Mitteln zur kontaktlosen Datenübertragung (2) verbindet und nur bei Anliegen einer Spannung (VDD) am Versorgungsspannungskontakt (21), angesteuert von der logischen Schaltung (8), die Kontakte (20) mit dem Speicher (1) verbindet.1. chip card with a semiconductor chip containing at least one memory ( 1 ),
in which both contacts ( 20 ) and means for contactless data transmission ( 2 ) are provided for the energy supply of the chip and for bidirectional data transmission from and to the chip,
wherein on the chip a controllable switching means ( 9 ) is provided, the memory ( 1 ) depending on the state of the output signal of a logic circuit ( 8 ) connected to at least the voltage supply contact ( 21 ) with the contacts ( 20 ) or connects with the means for contactless data transmission ( 2 ),
characterized,
that the switching means ( 9 ) assumes a rest position when it is not activated and in this rest position connects the memory ( 1 ) with the means for contactless data transmission ( 2 ) and is activated only when a voltage (VDD) is applied to the supply voltage contact ( 21 ) from the logic circuit ( 8 ) that connects contacts ( 20 ) to the memory ( 1 ). 2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (8) auch mit dem Taktsignalkontakt (23) verbunden ist und das Schaltmittel (9) nur ansteuert, wenn sowohl eine Versorgungsspannung (VDD) als auch ein Taktsignal vorliegt. 2. Chip card according to claim 1, characterized in that the logic circuit ( 8 ) is also connected to the clock signal contact ( 23 ) and controls the switching means ( 9 ) only when both a supply voltage (VDD) and a clock signal is present. 3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (8) mit einem Mikroprozessor ge­ bildet ist.3. Chip card according to claim 1 or 2, characterized in that the logic circuit ( 8 ) with a microprocessor is ge forms. 4. Chipkarte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur bei Vorliegen einer Versorgungsspannung (VDD), eines Taktsignals und eines Datensignals an den mit dem Mikropro­ zessor (8) verbundenen Kontakten (20) das Schaltmittel (9) vom Mikroprozessor (8) angesteuert ist und die Kontakte (20) mit dem Speicher (1) verbindet.4. Chip card according to claim 3, characterized in that only in the presence of a supply voltage (VDD), a clock signal and a data signal to the with the microprocessor ( 8 ) connected contacts ( 20 ), the switching means ( 9 ) controlled by the microprocessor ( 8 ) and connects the contacts ( 20 ) to the memory ( 1 ). 5. Chipkarte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (1) nur über den Mikroprozessor (8) mit den Kontakten (20) verbindbar ist.5. Chip card according to claim 3 or 4, characterized in that the memory ( 1 ) can only be connected to the contacts ( 20 ) via the microprocessor ( 8 ). 6. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (1) nur über einen von der logischen Schal­ tung (8) ansteuerbaren Schalter (10) mit dem Versorgungsspan­ nungskontakt (21) verbindbar ist.6. Chip card according to one of the preceding claims, characterized in that the memory ( 1 ) can be connected to the supply voltage voltage contact ( 21 ) only via one of the logic circuit device ( 8 ) controllable switch ( 10 ).
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